硫酸盐垢清垢剂CNQG的复配及性能评价

赵　磊，李克华，杜　雯

(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023)

油气田进入中后期开发，普遍会采用注水采油、排水采气、排水找气等新工艺；但同时为消除对环境的污染，对油气田水需采取回注处理。油田注入水通常有3种：一是清水，即有油区的浅层地下水；二是污水，即与原油同时采出的地层水，经处理后可回注到油层；三是清污混注，当然这两种水先在地面混合，使水中一部分成垢离子先沉淀再回注到地下[1]。

在油田开发中，注水地层、油井与地面集输系统结垢在其机理及分布规律上不尽相同，但总的来说是由于水的热力学条件变化及不相容水的混合造成的。在地面因伴热掺水温度较高，地面集输系统会出现结垢；随着注水井井深的延伸，温度逐渐升高，在注入端，水井发生结垢；在地下，因地下温度较高，注入水与地下水相混，就发生地层结垢；在采出过程中，由于化学作用及流体热力学、动力学等条件的改变，水中的溶解盐以沉淀的形式析出，采出系统就会结垢[2-3]。

结垢会造成油气产量下降，注水压力上升，井下及地面设备损坏，甚至使油气井停产或报废。在各类垢中，硫酸盐垢最难处理，特别是BaSO4垢。BaSO4垢与石膏类垢的最大区别在于，前者的溶解度随温度升高而急剧增加。一般说来，在地面条件下不析出BaSO4的水，注入地层后也不会产生BaSO4垢；但在地层饱和了BaSO4的水一进入井筒，在上升过程中随着温度降低便会迅速结垢[4]。

1　实验部分

1.1　主要仪器及原料

恒温水浴锅，集热式恒温加热磁力搅拌器，电子天平，循环水式真空泵，烘箱，容量瓶若干，烧杯若干，比色管若干。

硫酸钡，EDTA，C酸，N酸，渗透剂JFC，渗透剂KT，现场清垢剂AD50-10、CQ02-01、长庆3#。

C酸，是一种二齿配位体，工业上常用作沉淀剂、还原剂和掩蔽剂；它还是一种性能优良的络合剂，化学分析工程中常将C酸用以检验和测定钙、铬、锶等金属离子，能与许多金属离子形成溶于水的络合物，即配位化合物。

N酸是一种重要的的有机酸，广泛应用于化学工业、食品业和化妆业，在化学工业中常用作络合剂和掩蔽剂。

1.2　清垢率的测定

本研究的清垢对象为硫酸盐，探索过程中主要以硫酸盐类为主，所以固定实验用垢样为纯硫酸钡固体，用量均为0.25 g。参照中国石油天然气集团公司企业标准Q/SY 148—2007《油田集输系统化学清垢剂技术要求》推荐的做法，加入一定质量浓度的混合新型清垢剂，用质量法测定清垢剂对油田现场垢样的清垢率，测试时间为4 h，测试温度为50 ℃。清垢率(k)的计算公式：

k=(m1-m2)/m1×100%

式中，m1为溶垢前垢的质量，g；m2为溶垢后剩余垢质量，g。

2　结果与讨论

2.1　正交试验结果及分析

以硫酸钡的溶解率为评价指标，选择C酸与EDTA质量比(A)、N酸与EDTA质量比(B)、清垢剂浓度(C)、清垢温度(D)和清垢时间(E)为主要因素，设计5因素4水平的正交试验。正交试验因素及水平见表1，正交试验结果见表2。

表1　正交试验方案

表2　正交试验结果与分析

从表2可以看出，各因素对清垢率的影响程度为：E>A>C>D>B，即从大到小依次为：清垢时间、C酸与EDTA质量比、清垢剂浓度、清垢温度、N酸与EDTA质量比。按照最优条件复配出的产物，命名为CNQG清垢剂，测得其在50 ℃、50 mg/L时的清垢率为63.57%，清垢效果好于正交试验中的最优效果。因此，由C酸与EDTA质量比为0.5∶1、N酸与EDTA质量比为1∶1复配得到的CNQG清垢剂，在浓度为50 mg/L时，50 ℃下清垢4 h，清垢效果最好。

2.2　CNQG清垢剂的性能评价

2.2.1温度对CNQG清垢剂清垢效果的影响

在不同温度下，将复配产物CNQG清垢剂与一定量的硫酸盐垢进行清垢反应，清垢剂浓度50 mg/L，清垢时间4 h，测定其清垢率，结果见图1。

图1　清垢率随清垢温度变化的关系曲线

由图1可以看出，CNQG清垢剂的清垢性能随着清垢温度的升高先增强后降低，呈不规则的正态分布。为了降低使用成本，同时考虑到现场清垢条件，清垢温度以50 ℃为宜。

2.2.2清垢剂浓度对CNQG清垢效果的影响

用不同浓度的CNQG清垢剂与一定量的硫酸盐垢进行清垢反应，清垢温度50 ℃，清垢时间4 h，测定其清垢率，结果见图2。

图2　清垢率随清垢剂浓度变化的关系曲线

由图2可以看出，CNQG清垢剂的清垢性能随着其浓度的增加而增强。为降低使用成本，同时考虑到浓度为40 mg/L的清垢剂已能满足清垢的要求，因此CNQG清垢剂浓度以40 mg/L为宜。

2.3　与工业品清垢剂的性能对比

将CNQG清垢剂与工业品清垢剂进行了性能对比。由于清垢剂的现场使用浓度通常为50 mg/L，CNQG的清垢最佳浓度也是50 mg/L，因此测定了清垢剂浓度为50 mg/L的工业品清垢剂和制备的CNQG清垢剂在清垢温度为40，50，60 ℃时对现场垢样的清垢效果，实验结果见表3。制备的CNQG清垢剂整体性能稍优于现场使用的3种工业品清垢剂，尤其是对固52-62垢样和庄157-45垢样清垢效果较好。

表3　CNQG与现场工业品清垢剂效果对比

3　结论

1)以乙二胺四乙酸、C酸、N酸为原料优选复配出一种新型清垢剂CNQG，这种具有螯合作用的清垢剂的清垢性能优良。

2)通过正交试验得到CNQG清垢剂的最佳清垢效果的条件为：乙二胺四乙酸/C酸/N酸的质量比为1∶0.5∶1，清垢温度50 ℃，清垢时间4 h。

3)制备的CNQG清垢剂整体性能稍优于现场使用的3种工业品清垢剂。

[1]管令．浅析油井结垢机理及清防垢技术[J]．中国化工贸易，2013，11(11)：33-34．

[2]高清河．油田用绿色高效阻垢分散剂的研究及应用[D]．大庆：大庆石油学院，2006．

[3]孙莉．坪桥油田采油管道结垢机理与防治措施[D]．西安：西安建筑科技大学，2008．

[4]周厚安．油气田开发中硫酸盐垢的形成及防垢剂和除垢剂研究与应用进展[J]．石油与天然气化工，1999，28(3)：213-214．